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传感器技术 课件 第12章 智能传感器.pptx

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第12章智能传感器

智能手环如何检测人的身体状态?

电信号—脉搏信号光电传感器

12.1智能传感器的定义

智能传感器是一种集成了传感器、数据处理和通信功能

的智能感知设备。高精度、高可靠性、

高分辨率、自适应性

智能传感器特点:强、性价比高

·感知能力:环境感知,数据获取

·数据处理能力:数据分析,数据筛选

·通信能力:设备间通信,网络通信

·自主决策:按照决策算法,自动触发动作

·节能设计:能耗低,使用时间长

12.2智能传感器中的嵌入式技术

嵌入式技术在智能传感器领域发挥了关键作用,为其

发展奠定了重要基础。

基于嵌入式技术,智能传感器可以实现如下特性:

①小型化和低功耗设计;

②传感器接口与数据处理;

③数据通信;

④数据安全。

12.2智能传感器中的嵌入式技术

微控制器(microcontrollers)

·集成了一个或多个处理器核心;

·低功耗设计是微控制器的重要特点之一

·具有丰富的外设接口,如通用输入/输出(GPI0)、串行通信接口(UART、SPI、12C)、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)

·某些微控制器具有实时操作系统(RTOS)支持,确保传感器系统对事

件的快速响应,并满足实时性要求。

·通常具有安全和可靠性功能,包括内置的硬件安全功能、存储器保护、

通信加密等

12.2智能传感器中的嵌入式技术

嵌入式处理器(embeddedprocessors)

嵌入式处理器具有更强大的处理能力和更多的外设接口,能够处理更复杂的任务和数据。

针对这一类信号处理需求的嵌入式系统,主要依赖于

DSP(数字信号处理器,digitalsignalprocessor)和FPGA(现场可编程门阵列)两种嵌入式处理器技术。

12.2智能传感器中的嵌入式技术

DSP技术

DSP通常搭载了高性能的处理器核心,能够快速有效地

执行各种复杂的信号处理算法。这些处理器核心通常具有高性能、低功耗的特点,能够满足智能传感器对处理能力和功

耗的要求。

功能

对传感器采集的原始信号进行各种信号的处理操作,包

括滤波、降噪、谱分析、特征提取等处理方式。

12.2智能传感器中的嵌入式技术

DSP特点

1.具有强大的实时处理能力,能够在短时间内对大量的

数据进行实时处理。

2.采用了低功耗设计,以满足传感器系统对长时间运行

和电池供电的要求。

3.具有丰富的通信接口,能够与其他设备或系统进行数

据交换和通信。

12.2智能传感器中的嵌入式技术

FPGA(现场可编程门阵列)

特点

逻辑功能和连接结构可以通过编程方式进行配置和修改,

灵活性高、可重构性强。

组成结构

编程逻辑单元(PLU)、可编程连接资源、存储器、时

钟管理单元等

12.2智能传感器中的嵌入式技术

工作原理

基于可编程逻辑和可编程连接的思想,根据用户设计的逻辑功能转换成的配置文件,对可编程逻辑单元和连接资源进行配置,从而实现特定的硬件功能。

适用场景

·高速数据处理

·实时信号处理

·并行算法加速

·硬件加速

12.2智能传感器中的嵌入式技术

系统级芯片(systemonchip,SoC,也称单片系统)

高度集成化:

SoC技术将传统的处理器、内存、外设等功能模块集成

到一个芯片上,实现了高度集成化。

高性能:

集成了多个处理器核心,可以实现多核并行计算,提高系统的处理能力和并行计算能力。

集成了强大的图像处理引擎,支持图像采集、图像处理、图像压缩等功能。

集成了硬件加速器,加速特定的算法或应用,提高系统的性能和效率。

12.3智能传感器中的数据处理

1数据采集

一般而言,传感器采集的数据需要经过A/D(模数)转换,将信号转换为数字信号便于利用嵌入式设备进行数据处理。

A/D转换(analog-to-digitalconversion)是将模拟信号转换为数字信号的过程,是数字系统中的一项基本操作。

传感器采集到的模拟量数据

便于处理的数字量数据

A/D转换器

12.3智能传感器中的数据处理

基本原理:将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

处理步骤:采样、量化,编码

采样:

在连续时间内对模拟信号进行离散取样,获取一系列离散的采样点。

量化:

是指将采样点的幅度值映射到有限数量的离散级别上。

编码:

指将量化后的离散数值转换成二进制形式,生成数字信号。

12.3智能传感器中的数据处理

A/D转换器的类型:

①逐次逼近型A/D转换器:

从最高位开始,逐位地比较输入信号和一个内部参考电

压,确定每一位的值,最终得到数字输出

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